Компания NVIDIA сегодня представила видеокарты GeForce GTX 750 Ti и GeForce GTX 750, которые стали первыми носителями обновленной графической архитектуры Maxwell. Важной задачей при разработке новых решений было принципиальное улучшение энергоэффективности устройств. В результате мы имеем игровые видеокарты начального уровня с TDP в 60 Вт, которым не требуется дополнительное питание, а для работы системы достаточно БП мощностью всего 300 Вт. Давайте разбираться, как разработчикам удалось достичь такого результата.
Содержание
Графическая архитектура NVIDIA Maxwell
В случае с решениями Kepler, основным «строительным блоком» GPU от NVIDIA является потоковый мультипроцессор (Streaming Multiprocessor, SMX), включающий 192 вычислителя. При этом для столь многочисленного массива ядер используется один блок управления. Разрабатывая решения для абсолютно разных категорий устройств, начиная от вычислителей для суперкомпьютеров, заканчивая SoC для планшетов и смартфонов, инженеры компании получили определенные знания, позволяющие дополнительно улучшить энергоэффективность разрабатываемых устройств.
Новая архитектура Maxwell первого поколения использует те же функциональные API, что и Kepler, однако предполагает серьезный редизайн внутренней структуры потоковых мультипроцессоров. Теперь каждый SMM включает 4 независимых вычислительных блока c 32 ядрами, у которых имеется свой буфер инструкций и планировщик. Каждый такой блок также имеет 8 модулей загрузки и сохранения данных (LD/ST), и такое же количество узлов выполнения специальных функций (Special Function Units, SFU). Все структурные модули были переработаны, усовершенствована управляющая логика, улучшена нагрузочная балансировка. Увеличенная дискретность модулей позволяет гибче и эффективнее использовать ресурсы графического процессора. Значительно увеличен объем кеш-памяти второго уровня. Если у чипов GK107 емкость L2 составляла 256 КБ, то GM107 получил 2 МБ кеша, что даже больше, чем у топового кристалла GK110 (1536 КБ). Увеличение буфера позволяет частично снизить влияние пропускной способности памяти и уменьшить количество обращений к локальной ОЗУ, тем самым снижая энергопотребление адаптера.
По заявлению компании, различные изменения позволили увеличить производительность вычислительных ядер на 35%. Оставаясь в рамках того же техпроцесса (28 нм), NVIDIA удалось почти вдвое повысить показатель производительности на ватт затрачиваемой энергии, а также улучшить соотношение производительности на единицу площади кристалла.
Одним из ключевых нововведений Kepler было появление аппаратного блока для кодирования/декодирования видео H.264 – NVENC. С помощью данного модуля эти операции выполнялись значительно быстрее, чем при использовании CUDA-вычислений, к тому же на эти операции расходовалось заметно меньше энергии.
Именно благодаря появлению NVENC, разработчикам удалось реализовать технологию GeForce ShadowPlay, позволяющую в режиме реального времени во время игры записывать видеопоток 1080p фактически без потерь производительности. Также есть возможность организовать трансляцию видео на Twitch. Отметим, что в последней версии GeForce Experience появилась возможность настроить разрешение видеопотока, изменять частоту кадров (30 и 60), а также битрейт (10–50 Мб/c).
В рамках Maxwell блок NVENC был улучшен. Если решения на Kepler могли кодировать видео со скоростью примерно в 4 раза быстрее реального времени, то адаптеры на Maxwell – в 6–8 раз. Возможности декодирования видео также были усовершенствованы.
Во время проигрывания видео, графические процессоры с архитектурой Maxwell могут переходить в новый режим GC5. В этом состоянии часть блоков переходят в режим сна, не требуя дополнительного питания.
NVIDIA делает акцент на то, что представленные решения имеют архитектуру Maxwell первого поколения, которая оптимизирована для энергоэффективных решений. Устройства для энтузиастов, будут основаны на чипах с Maxwell второго поколения (2.0), но появятся в продаже позднее. Очевидно желание производителя использовать для топовых адаптеров графические процессоры, выполненные по 20-нанометровому техпроцессу. Потому эти устройства еще придется подождать.
GeForce GTX 750 Ti и GeForce GTX 750
Первыми видеокартами с графическими чипами на базе архитектуры NVIDIA Maxwell стали модели GeForce GTX 750 Ti и GeForce GTX 750. Обе основаны на графических процессорах GM107, которые производятся по 28-нанометровой технологии. Площадь кристалла составляет 148 мм2, на которой размещены 1,87 млрд. транзисторов.
GeForce GTX 750 Ti использует полновесную версию GM107. Один вычислительный кластер (GPC) в данном случае включает 5 потоковых мультипроцессора SMM, при этом суммарное количество CUDA-вычислителей равно 640. Чип имеет 40 текстурных блоков и 16 модулей растеризации. Базовая частота GPU установлена на уровне 1020 МГц, при этом среднее значение динамического ускорения благодаря GPU Boost 2.0 составляет 1085 МГц.
GeForce GTX 750 Ti зачастую будут предлагаться с 2 ГБ памяти GDDR5, однако варианты с 1 ГБ ОЗУ также допускаются. Штатная частота памяти – 5400 МГц. С графическим процессором она связана с помощью 128-битовой шины (2×64 бит), потому пропускная способностью магистрали «память-GPU» составляет 86,4 ГБ.
Референсный адаптер имеет очень компактные габариты. Длина PCB составляет всего порядка 145 мм. Для охлаждения графического процессора используется кулер очень скромных размеров и конструкции. Небольшой алюминиевый радиатор продувается осевым вентилятором диаметром 60 мм.
Компоновка платы очень проста. Силовая подсистема выполнена по 3-фазной схеме (2+1). Четыре микросхемы памяти размещены Г-образным способом рядом с GPU. На PCB предусмотрено место для подключения 6-контактного разъема, однако сам коннектор не распаян. Учитывая заявленный уровень TDP в 60 Вт, возможностей слота PCI Express x16 (75 Вт) будет достаточно для полноценной работы видеокарты. Для системы с GeForce GTX 750 Ti производитель рекомендует использовать БП мощностью от 300 Вт.
На интерфейсной панели референсной модели размещено три видеовыхода – пара DVI (DVI-D и DVI-I), а также mini-HDMI. Несмотря на однослотовую пластину крепления, видеокарта потребует два слота для установки в систему.
Для GeForce GTX 750 используется аналогичная аппаратная платформа, с тем лишь отличием, что графический процессор GM107 в этом варианте имеет 4 потоковых мультипроцессора. Соответственно количество вычислительных ядер уменьшено с 640 до 512, число текстурных блоков снижено до 32, количество растеризаторов осталось на том же уровне – 16. Частотная формула GM107 частотная формула используется аналогичная 1020/1085 МГц. Память так же работает на 5400 МГц и связана с чипом с помощью 128-битовой шины. Для GeForce GTX 750 заявлен TDP на уровне 55 Вт.
Производители видеокарт представили оригинальные версии адаптеров. С точки зрения компоновки и систем охлаждения NVIDIA не ограничивает разработчиков. Ожидаемо, с анонсом первых решений на Maxwell представлены варианты с заметно увеличенными тактовыми частотами, полностью переработанными печатными платами, эксклюзивными системами охлаждения. Более того, некоторые производители предлагают модели GTX 750 Ti, оснащенные дополнительными разъемами питания. Такие модификации должны хорошо себя зарекомендовать во время разгона.
Позиционирование
Что касается позиционирования новых видеокарт, то в линейке актуальных на данный момент решений NVIDIA модели GeForce GTX 750 Ti и GeForce GTX 750 занимают нишу GeForce GTX 650 Ti. При этом GTX 650 по-прежнему остается в строю. Позицию над GTX 750 Ti занимает GeForce GTX 660. На представленном графике не нашлось места для GeForce GTX 650 Ti BOOST, которые сейчас практически исчезли из продажи. Вероятно, GTX 750 Ti отчасти должен подстраховать и эту модель.
NVIDIA также предлагает рассмотреть видеокарты с чипами на архитектуре Maxwell в качестве апгрейда для решений предыдущих поколений. В частности GeForce GTX 750 Ti могла бы стать заменой для GeForce GTX 550 Ti. Несмотря на то, что последняя была представлена в начале 2011 года, согласно статистике Steam, она до сих пор входит в пятерку самых популярных видеокарт среди активных пользователей этого сервиса. Новинка должна обеспечить вдвое большее количество кадров/c, при том что заявленное энергопотребление GTX 750 Ti также ниже почти в 2 раза (60 Вт vs. 116 Вт). Это значит, что соотношение производительность/Вт устройства GPU с архитектурой Maxwell примерно в 4 раза выше такового для устройства того же класса на Fermi.
Цена
Рекомендуемая стоимость GeForce GTX 750 Ti для американского рынка составляет $149 (без учета налогов) за версию с 2 ГБ памяти. Модель GeForce GTX 750 оценена производителем в $119. В Украине ожидаемая цены составляют от 1290 и 1090 грн., соответственно. Напомним, что несколько дней назад компания AMD представила свои решения в данной ценовой категории. Так, Radeon R7 265, которая фактически является аналогом Radeon HD 7850, будет предлагаться за те же $149, тогда как стоимость Radeon R7 260X снижена со $139 до $119. На фоне текущей стоимости линейки Radeon, подобные сведения выглядят очень оптимистично, для выводов необходимо дождаться появления устройств в розничной продаже по такой цене.
Экспресс-тест GeForce GTX 750 Ti
Мы провели небольшое экспресс-тестирование референсной модели GeForce GTX 750 Ti и готовы поделиться первыми результатами.
Отметим, что под нагрузкой температура процессора GM107 увеличивалась до 65 С. Несмотря на габариты, уровень шума вентилятора был минимальным. В играх тактовая частота чипа благодаря GPU Boost 2.0 повышалась автоматически до 1150 МГц. С учетом того, что температура чипа была на приемлемом уровне, его частота фактически не снижалась.
Для первичной оценки производительности нового решения NVIDIA мы включили в тест GeForce GTX 650 Ti, а также одноклассников от AMD – Radeon R7 260X и R7 260. На момент проведения тестов мы располагали адаптерами только с 1 ГБ памяти. Очевидно, 2-гигабайтовые версии в ряде случаев продемонстрировали бы большие результаты, но принципиально не изменили бы общую картину.
Первые тесты показывают, что производительность GeForce GTX 750 Ti в ряде случаев на 20–30% выше таковой для GTX 650 Ti. В некоторых случаях результаты скромнее (12%), в то же время в реальных играх преимущество может достигать впечатляющих 36% (Bioshock Infinite). Отметим, что тепловой пакет GeForce GTX 650 Ti составляет 110 Вт, тогда как у GTX 750 Ti – 60 Вт. Сопоставив результаты производительности можно только удивляться, как NVIDIA удалось столь кардинально улучшить энергоэффективность своих решений.
Для сравнения с конкурирующими устройствами от AMD, полученных данных недостаточно. Можно лишь констатировать, что GeForce GTX 750 Ti заметно производительнее Radeon R7 260X,но для более детальной оценки необходимы дополнительные тестирования, которые мы проведем в ближайшее время. Также подробнее будут рассмотрены вопросы фактического энергопотребления и возможности для разгона новых устройств, оснащенных графическими процессорами с архитектурой Maxwell.
UPD. 26.02.2014 — GeForce GTX 750 Ti: разгон, производительность и энергопотребление